拉弯矫直机组卷取机卷径计算方法介绍

严进龙，刘贵山，李棚波

（青海平安高精铝业有限公司，青海 海东 810600）

在拉弯矫直机组的生产中，开卷、卷取张力控制是必不可少的。对于卷取机来说，能否正常工作以及卷取效果的好坏直接关系到机列正常生产和产品的质量。在整个卷取过程中，必须以恒定的张力来卷取带材，否则，张力偏大或偏小都有可能会导致塔形和错层的出现。在张力控制系统中，无论张力力矩的给定还是动态补偿力矩的计算，都需要实时卷材卷径值，卷材卷径值是张力控制中极为重要的参数。主要原因是由于卷取过程中卷材直径不断发生变化，造成卷取机电机转速不断发生变化。同时，由于卷材卷径不断发生变化，造成系统转动惯量的变化，因此，卷取机卷径是卷取张力控制系统中非常重要的参数。

本文介绍的卷取机卷径计算使用西门子功能模块FM458，通过编写CFC程序，能更好更直接的进行卷取机卷径的计算，同时能加快运算速度，为设备的高精度控制提供保障。下面通过卷径计算部分和卷径计算逻辑控制两个部分来介绍拉弯矫直机组卷取机卷径计算的整个过程。

1 卷径计算过程

1.1 卷径计算算法

实际卷径D=最小卷径×机列设定速度/卷取机转速。

1.2 卷取机卷径计算的主要的三个计算参数

（1）机列给定的线速度。

（2）卷取机的电机编码器反馈速度。

（3）最小卷径为卷取机在没有卷取带才时的直径。

1.3 计算过程说明

由于我们使用的卷取机速度数据在反馈速度值瞬间变化较大，在计算过程中会出现计算结果值变化比较大的情况，这种情况我们可以使用设定一段时间的积分块来解决此问题，对卷取机转动速度进行积分，必须同时对最小卷径乘以机列设定速度的结果进行同样的积分，再行计算，这样我们就可以得到输出比较稳定的结果。

虽然通过积分对于上述结果来说得到的值比较稳定，但是，在实际生产中还有其他因素影响着计算结果，为了让结果更加稳定，我们使用NSW功能块和REG功能块。

1.4 NSW功能块和REG功能块在程序中的使用介绍

图1

图1 为数字选择开关功能：当NSW输入端的I为0时，Y=X1；当NSW输入端的I为0时，Y=X2。

通过这个选择开关，我们设定X1输入为Y输出值，X2输入为“计算后的实际卷径D”公式的计算结果，功能块中的输入I取卷取机速度反馈值与零值作比较的开关量逻辑结果，作用为卷径值保持，同时对输出结果Y引进REG功能块X中。

图2

图2 即为REG功能块，REG功能块有积分、滤波等功能，进行参数设置即可实现滤波功能，屏蔽积分等功能，将REG功能块中的参数设置如下：

NRM=100；LU=100；LL=最小卷径；SV=输入值；CU=0。

CD=0；CF=1；TU=1或 20000；TD=1或20000。

在程序中设置加速时间和减速时间为1或20000，但是由于CU和CD(上升和下降)都设为了0，而且CF设定为1，所以在REG功能块中不会对输入量做积分，同时：输出量=输入量，在此过程中只限制输入量的变化率。

通过这个图1选择开关，我们设定X1输入为Y输出值，X2输入为“计算后的实际卷径D”公式的计算结果，同时对输出结果Y引进图2的REG功能块X中。在机列正常运行过程中，通过斜坡生成器过滤以后就能输出稳定的卷取机卷径。

2 卷径计算过程中的逻辑控制

2.1 设定新的卷径

新的卷径值即为新的最小卷径，有套筒时需按套筒直径进行计算，无套筒时按芯轴直径计算。新的卷径设定条件为：芯轴涨缩，只要选定新的芯轴直径，通过芯轴涨缩这个信号就可以直接设定最小卷径。

2.2 卷径计算允许条件

通过总结生产中的出现的问题，卷取机卷径不做计算的条件如下。

（1）卷取机在点动模式下。（2）机列在穿带模式下。（3）卷取机在喂送状态。（4）当机列速度小于1%（机列速度百分比）。

3 程序中的连锁条件说明

卷取机卷径对于整个机列的正常运转来说有着很重要的意义，为了能够得到一个输出稳定而又准确的卷径计算结果，编程的过程中要对卷径计算中的各个影响因素都添加进去。特别是生产薄料（0.1mm～0.5mm厚），如果在拉矫机组中加装了水清洗单元的机组开始生产后，在穿带过程中的带材由于中间有水清洗单元，这部分带材因在水箱中的时间过长会导致带材的腐蚀，所以在穿带模式结束后要对这部分带材按废料处理，要从卷取机上卸去，对后面的带材重新卷取如果因为程序中没有涉及到这部分，原本已经卸去的卷材卷径再次添加到后面的新卷上，会使计算出的新卷材的卷径比正常情况下变大。由于是恒张力控制，如果卷径变大，给定带材的张力要相对减小，所以卷取机的输出转矩也要相对变小，如果张力减小，就会打乱整个机列的张力控制，而且还有很可能使卷材出现错层和塔形等情况。

拉弯矫直机运用此种卷径计算方法对机列生产中的大部分影响卷材卷径计算的因素都考虑到了，通过此方法，无论在机列运行中途设备因故障停机以及升速-保持-降速-中途停车-升速等各种原因都不会影响卷径计算，而且能在机列穿带模式、点动模式下和卷取机喂送状态下不进行卷径计算，为设备的高效率运行提供了保障。